Table of Contents
إن أجهزة رفع عالية هي من بين أكثر النظم الفرعية أهمية في جناح الطائرات الحديثة، وهي تتيح عمليات آمنة وفعالة منخفضة السرعة أثناء الإقلاع والهبوط بزيادة كبيرة في معامل رفع الجناحين الأقصى، غير أن نشر هذه الأجهزة لا يأتي دون عواقب على الحاسوب الجوي، فالتغيرات الجوية التي تستحدثها تؤدي إلى تغيير كبير في توزيع أجهزة الإرسال والسحب والتوزيع الصوتي عبر الجناح، مما يؤدي بدوره إلى إعادة تشكيل أجهزة الصيانة.
أساسيات الأجهزة العالية الارتداد
ومن أجل تقدير مدى تأثير أجهزة رفع عالية على السلامة الهيكلية، يجب أولاً أن يستوعب المرء المبادئ الأيرودينامية في العمل، ويولد جناحاً يرتفع بسرعة تدفق الهواء فوق سطحه الأعلى، مما يؤدي إلى فرق في الضغط، ويحد الحد الأقصى للرفع الذي يمكن أن ينتجه الجناح من الفصل بين طبقات الحدود، ويتوقف ارتفاع أجهزة رفعه عن طريق إعادة تنشيط طبقة الحدود وزيادة كوادر الجناح و/أو المضغ.
وتسمح الصفائح والخطوط الأمامية بالهواء العالي الطاقة من تحت الجناح بالتدفق فوق السطح العلوي، مما يؤخر الفصل بين الزوايا العليا للهجوم، ويزيد من الكميبر في المجرى المائي، وفي حالة فاولر، يوسع نطاق الشوربة، ويعزز كلا من الرفع والسحب، ويمكن أن يؤدي الجمع بين هذه الأجهزة إلى مضاعفة كفاءات المصعد النظيف تقريبا.
وعند نشر هذه الأجهزة، تنتج عمليات توزيع عالية غير موحدة على طول النطاق، وتساهم الأقسام الداخلية والخارجية من المزلاج والرقاقة بشكل مختلف، كما أن وجود الثغرات (مثلا بين المزلاج والجناح الرئيسي) يؤدي إلى ارتفاع ضغط المجتمعات المحلية، وهذه الحمولات الهوائية المحلية هي المحرك الرئيسي للقوات الهيكلية التي سنناقشها.
أنواع الأجهزة العالية الرفع والتوقيعات عليها
مقطورة
والأبسط هو أن تكون المصابيح هي أكثر أجهزة رفع عالية شيوعا، والأبسط هي الذبابات الواضحة التي تهبط إلى الأسفل، والزلاجات العنكبوتية منفصلة عن السطح الأدنى، مما ينشئ منطقة مرتفعة السحب، وتشتمل الطلقات الملوَّثة على فجوة بين المطاط والجناح الرئيسي، مما يتيح المجال للطيران العالي الطاقة للتدفق فوق السطح العلوي، ويحسن المصعد.
ومن منظور توزيع الحمولة، يؤدي نشر المزلاجات إلى تحويل مركز الرفع إلى داخل أو خارجه في كثير من الأحيان، وذلك حسب ترتيب المزلاجات، ويجب أن تنقل المعارض ذات المسارات المتناثرة وهياكل الدعم حمولات جوية مركزة إلى صندوق الجناح، مما يخلق ضغوطاً محلية على المرفأ وتختلف عن حالة التطهير.
أجهزة الدفع
إن الأسطح المتحركة التي تمتد من جبهتها الأمامية، وهي تخلق فتحة تعجل بالتدفق الجوي فوق سطح الجناح الأعلى، وفي بعض التصاميم، تتجه كروغر إلى الأمام من السطح الأدنى، وتخدم وظيفة مماثلة، وتزيد من قدرة الجناح على التكتل الممتد من زاوية الجناح، وتضيف أيضاً إلى اللحظات التي تدور فيها الأنوف.
وتكتسي الحمولات على المسارات النحيلة والمحركات أهمية كبيرة لأن الرمل يعمل في ظروف عالية الكساد أثناء التصفية والذهاب، وتزداد ذروة الزلازل الهوائية قرب الطرف الرئيسي عندما يتم نشر الصفائح، وتزيد القوة المحلية فوق الصفارة نفسها، ويجب نقل هذه القوة عن طريق المسارات والدوائر، وتخلق المحركات الأمامية في الجناح.
النظم المشتركة
وعلى متن طائرات النقل الكبيرة، فإن نظم رفع المركبات عالية التكامل، فعلى سبيل المثال، يستخدم البوينغ 737 محركات متتالية، وأجهزة ذات فتحات ذات ممر واحد، بينما تُحدث ملامح متنية متعددة (أ) تُفضي إلى قطع أرضية ذات متغيرات مُحدَّدة، وتُستخدم أكثر التصميمات تقدماً، مثل تلك الموجودة على مقطورة توزيع الطائرات ذات الفتحات ذات الفتحات ذات الحواف الكبيرة.
الأثر على توزيع لواء الجناح
توزيع الحرف
وفي التشكيلات النظيفة، يكون توزيع الرفع من الشدة مثالياً للتقليل من الجر المستحث، وعندما يتم نشر أجهزة رفع عالية، يصبح توزيع الرفع غير متقن بشكل واضح، وعادة ما تزيد أجهزة الإصطدام من ارتفاعها في المنطقة الواقعة خارجها، بينما تضيف الصفائح رفعاً على الطرف الرئيسي، وهذا إعادة التوزيع يغير قوة الماشية ويحول لحظة على طول نطاق الجناح.
فعلى سبيل المثال، إذا كان الرف يولد ارتفاعا كبيرا قرب الجذر الجناح، فإن لحظة القفز بالجناح تزداد بشكل متناسب، وعلى العكس من ذلك، إذا كان القسم الذي يُنتج رفعا عاليا، تنمو لحظة القفز بالجناح، مع التأكيد على ملحق الجناحين وصندوق الجناح الخارجي، ويجب على المصممين أن يكفلوا ألا يتجاوز الشرطان الحمولات الحدية الهيكلية لكل مرحلة طيران.
توزيع القرض
كما أن نشر الذبابات يتحول إلى مركز الصدع على طول المحور، مما يزيد من لحظة القذف التي يجب أن يتوازن فيها ذيل أفقي أو بضغط سطحي، فبالنسبة لهيكل الجناح، يؤدي التحول إلى زيادة التلوي حول المحور العازل للجناح، مما يزيد من الحمولات التصاعدية، ويقاوم صندوق الارتفاع الذي يتكون من الجناحين (الزنزانة العليا التي تشكلها الجبهة والخلفية)
وبالمثل، فإن الصفائح تحول مركز الضغط إلى الأمام محلياً بالقرب من الطرف الرئيسي، مما يخلق لحظة انفاذ على الصفارة نفسها، ويجب أن يكون نظام الصمامات قوياً بما يكفي لتحمل هذه اللحظات التي يمكن أن تتباين بسرعة أثناء النشر أو التراجع.
مواقع الضغط المحلية
وتُحدث أجهزة رفع عالية ثغرات وخطوات في سطح الجناح (مثلاً بين الجناح الرئيسي والرفوف، أو بين الرذاذ والنقطة الرئيسية الثابتة) وتخلق هذه التعطلات ذروة ضغط محلية، لا سيما على السطح العلوي المرفوع وعلى السطح السفلي السفلي السفلي، وهذه الحمولات شديدة الارتداد ويمكن أن تؤدي إلى ضغوط شديدة في أحواض الجلد قرب خطوط التلال وقطع المسار.
وكثيرا ما تتطور المواقع الفاتاغية - الحرجة على أطراف هذه القطع، وفي فتحات الصومع، وفي المفاصل المبللة أو المرابطة، ويستخدم المهندسون تحليل العناصر الزهيدة لنموذج هذه الضغوط المحلية، وكفالة أن تتجاوز حياة التصميم حياة الطائرة المطلوبة من الخدمات.
الآثار على النزاهة الهيكلية
زيادة عدد أفراد القوات المقاتلة وقوات الصيد
أما الأثر الهيكلي الأكثر مباشرة لنشر أجهزة رفع عالية فيتمثل في زيادة فترة الرفع من الجذور إلى الأجنحة، ويمكن أن يكون رفع الجناح أعلى بنسبة 20 في المائة من المعدل في التشكيلة النظيفة في نفس سرعة الهواء، ويزيد هذا الارتفاع الإضافي قوة الرفوف العمودية على طول نطاق الجناح ولحظة القفز عند الجذر، ويجب أن تُستخدم أغطية الجناح الرئيسية وأجهزة التنظيف في حمل هذه الحمولة.
وتُحمل قوات الصيد في المقام الأول بواسطة شبكات الماشية (الشبكات الخاصة بالإنذار) - عندما يتم نشر المزلاجات، تتغير عمليات توزيع القوة المفقودة، وغالبا ما تزيد من حجم الذروة قرب محطات المسار المزدحم، وتستلزم هذه الحمولات المركزة تعزيزات محلية - مثل مضاعفات الشبكة السككية أو مكثفات إضافية لمنع تسرب الأنهار أو خلل على الشبكة.
اللواد العتيقة و Wing Twist
وكما ذكر، فإن التحول الطفولي في مركز الضغط يزيد من اللحظات العتيقة على الجناح، ويجب على صندوق تمزق الجناح مقاومة هذا العقبة للحفاظ على التلوي الهوائي المرغوب فيه، ويمكن أن يؤدي التلوي المفرط إلى الحد من فعالية أجهزة رفع عالية ذاتها، مما يؤدي إلى حلقة تفاعلية سلبية، مثلا إذا كان الجناح يميل إلى الانحدار تحت الضغط المتزايد، فإن الزوايا الفعالة للهجوم على قسم المصعدات الخارجية قد تقلل.
ولذلك يجب أن يكون التصميم الهيكلي بمثابة آثار هزلية، ويجب أن يكون الجناح متشدداً بما يكفي من التمزق للحد من التلوي إلى مستوى مقبول في إطار الحمولات الثابتة والدينامية على السواء، وكثيراً ما يؤدي هذا الشرط إلى اختيار المواد (مثلاً، مركبات الكربون - المتحررة أو السكك الحديدية العالية) ووضع هيكل السائل.
القروض المركزة في المفرزات والملحقات
وتنتقل أجهزة رفع عالية بواسطة محركات هيدروليكية أو كهربائية، تدعمها المسارات، واللفائف، وترشد السكك الحديدية، وتنقل هذه المكونات قوات كبيرة ومركزة إلى هيكل الجناح، وكل مصباح وجهاز تدقيق معقوف، وشعاع المسار، وربطة المزاج يجب أن تصمد أمام الحمولات الحدية بالإضافة إلى عامل أمان، ويجب أن يتم ترتيب مسارات الحمولة بعناية لتجنب تركيزات الضغط التي قد تؤدي إلى كسر أو ده.
وتُستخدم مبادئ تصميم السلامة: إذا فشل مسار واحد للحمولة (مثلاً، المُضيّق المُقَرَّع) فلا يزال يتعين على المسارات المتبقية أن تحمل الحمولة دون فشل كارثي، وهذا التكرار أمر حاسم للحفاظ على السلامة الهيكلية.
التسامح في مجال الأعمال المتعلقة بالمرض والأضرار
إن تكرار نشر وسحب أجهزة رفع عالية على حياة طائرة ينتج حمولات دورية، وتشمل كل دورة طيران الإقلاع )الإجلاء( والهبوط )المنتشرة مرة أخرى(، وكذلك المناورات التي تدور أحيانا، وتتسبب هذه الدورات في تهاب في هيكل الجناح، ولا سيما في نقاط الضبط، والثقوب السريعة، وفي حواف القطع.
ويفترض تحليل التسامح إزاء الأضرار أن العيوب الأولية (مثل الشقوق الصغيرة) قد توجد، وأن فترات التفتيش قد تُحدد بحيث يمكن اكتشاف أي شق قبل أن ينمو إلى حجم حرج، وكثيرا ما تُصمم هياكل أجهزة رفع عالية بمسارات متعددة للحمولات وملامح متوقفة للكسر (مثلا، المضاعفات المرتدة أو المشابكات المتكاملة) لتباطؤ النمو في الشقوق.
الخيارات المادية والنظر في التصميم
الهياكل المعدنية
وتُصنع أجهزة النقل العالية التقليدية على الطائرات القديمة من عام 2000 أو 7000 محار للألومنيوم، وهي توفر نسباً عالية القوة إلى الوزن ولكنها قابلة للتآكل والارتداد، وتُستخدم السكك الحديدية القابلة للصدم مثل 7075 - 6 في مسارات الرفوف، وتُستخدم الأسلحة الرطبة بسبب ارتفاع قوامها من حيث العائد، غير أنها تتطلب حماية أجنحة دقيقة، ولا سيما في المناطق المحيطة.
الهياكل المركبة
فالطائرات الحديثة مثل الطائرة البوينغ ٧٨٧ والطائرات من طراز A350 تستخدم البوليمر المقوى من الكربون في العديد من مكونات الرفع العالية، وتعطي المركبات درجة عالية من التشعب، ومقاومة قوية، ووفورات في الوزن، غير أنها تمثل تحديات جديدة: فهي أكثر عرضة للضرر )مثلاً، من نقاط التلقيح المعدني أو معدات الخدمة الأرضية(، وإخفاقاتها.
نظم التكوين
ويستهدف المحركات نفسها (الهيدروليكية أو الكهروميكانيكية) إنتاج القوى اللازمة لنقل الأجهزة من حمولات الهوائية، ويجب أن تستوعب التفاعل الهيكلي بين المشعل والجناح كلا من الحمولات الثابتة والدينامية، بما في ذلك الحمولات المربوطة (إذا فشل المشعل)، وتشتمل النظم الحديثة على سمات التحميل لمنع الإفراط في تركيب الجناح في حالة حدوث عطل.
صيانة النزاهة الهيكلية والتفتيش عليها
ونظراً لأن أجهزة رفع عالية حرجة بالنسبة لسلامة الطيران، فإنها تخضع لبرامج تفتيش صارمة، وتفحص التفتيش البصري للشقوق، والتآكل، والسرعة السائبة، والطرق الدودية، وأساليب الاختبار غير المدمرة - مثل التيار فوق الصوتي، وتيار الدودي، وأجهزة الصبغة المستخدمة لكشف العيوب الخفية في مواقع الغطس، وأقواس الكهرباء، وأجهزة الفرز.
كما يجب على المشغلين رصد عملية الانتشار غير المتناظرة التي يمكن أن تفرض أعباء شديدة التلويث على الجناح، وفي حالة حدوث تماثل في النصاب أو النسيج، تحد نظم مراقبة الطيران تلقائيا من سرعة الهواء أو تستخدم مدخلات رقابة تصحيحية لخفض الحمولات، وتفرض أدلة الصيانة فترات تفتيش محددة تستند إلى دورات الطيران أو ساعات الطيران، وتُعدل هذه الفترات استنادا إلى الخبرة أثناء الخدمة.
التطورات الأخيرة والاتجاهات المستقبلية
ويواصل مهندسو الفضاء الجوي تحسين كفاءة نظام الرفع العالي من خلال التصميمات الهوائية المتقدمة - مثل الحواف الرئيسية للمورفينج وأطراف المقطورة التكييفية - التي يمكن أن تتغير باستمرار بدلا من نشر الذباب والقطع المتفرقة، وتوعد هذه النظم بتوزيع أكثر سلاسة وتخفيضات الوزن، ولكنها تضع متطلبات أكبر على التصميم الهيكلي من أجل الموثوقية والتسامح إزاء الأضرار.
وتدير نظم العجلات الطائرة حالياً توزيعاً عالياً للشحنات بواسطة تحديد مواعيد النشر غير المتناظر أو باستخدام وظائف التخفيف من الحمولة، مثلاً، يمكن لحاسوب مراقبة الطيران، أثناء فترة الذروة، أن يسحب بشكل متمايز من المنافذ الخارجية لتقليل لحظة الرفع الجذري للجنحة مع الحفاظ على الرفع الكامل، وتمتد هذه المراقبة النشطة للحمولة إلى الحياة الدهون وتتيح هياكل الأجنحة الخفيفة.
خاتمة
إن أجهزة رفع عالية هي عظمة من الهندسة الهوائية والهيكلية، فهي تتيح الطيران المأمون المنخفض السرعة عن طريق رفعها، ولكنها تغير بشكل عميق توزيع حمولة الأجنحة، كما أن زيادة فهم اللحظات، والحمولات الدموية، والقوى المركزة في نقاط الملحقات يجب أن تدار عن طريق التصميم الدقيق، والمواد القوية، والصيانة الصارمة، حيث لا تزال الطائرات تتطور مع الهياكل المركبة، ومراقبة التحميل النشطة،
Additional Resources:]